Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование и конструкция судов

Диссертационная работа:

Гайкович Борис Александрович. Разработка методики проектного оптимизационного обоснования судов обеспечения глубоководных работ : Дис. ... канд. техн. наук : 05.08.03 : СПб., 2005 156 c. РГБ ОД, 61:05-5/3284

смотреть содержание
смотреть введение
смотреть литературу
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

8.1. Характеристика актуальности, новизны, научной ценности и практической значимости темы исследования 4

8.2. Проблема безопасности на море и значение аварийно-спасательных средств 6

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ СУДНА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ВОДОЛАЗНЫХ РАБОТ 14

1.1. Классификация и основные проектные характеристики судов обеспечения глубоководных водолазных работ 14

1.2. Анализ судна обеспечения глубоководных водолазных работ в качестве несущей платформы для системы обеспечения водолазных работ 22

1.3. Исследование судна обеспечения глубоководных водолазных работ как элемента системы обеспечения безопасности на море 40

1.4. Учет взаимодействия судна обеспечения глубоководных водолазных работ с внешней средой. Постановка задачи оптимизации 46

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЕКТНОГО ОБОСНОВАНИЯ СУДНА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ВОДОЛАЗНЫХ РАБОТ 51

2.1.Выбор архитектурно-конструктивного типа судна обеспечения глубоководных водолазных работ и анализ условия вместимости 51

2.2. Расчет нагрузки 58

2.3. Расчет мощности энергетической установки и потребной мощности электростанции 69

2.4. Расчет остойчивости 73

2.5. Расчет технико-экономических показателей 75

3. ПРОГРАММНО - МЕТОДИЧЕСКИЙ комплекс ДЛЯ ПРОЕКТНОГО ОПТИМИЗАЦИОННОГО АНАЛИЗА 79

3.1. Обоснование выбора алгоритма оптимизации 79

3.2. Структура программного комплекса 87

4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПРОЕКТНОГО ОПТИМИЗАЦИОННОГО АНАЛИЗА СУДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ВОДОЛАЗНЫХ РАБОТ 96

4.1. Общая блок-схема математической модели проектирования судна обеспечения глубоководных водолазных работ 96

4.2. Оценка адекватности математической модели проектирования. Проверка математической модели проектирования на устойчивость и чувствительность 97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 106

ЛИТЕРАТУРА 111

ПРИЛОЖЕНИЕ 122 

Введение к работе:

Активно развивающаяся индустрия освоения богатств Мирового океана ставит перед проектантами судов новые задачи. Новые задачи встают и перед теорией проектирования судов, поскольку доминирующая подсистема у судов обеспечения водолазных и глубоководных работ не только влияет на общепроектные характеристики, но и оказывает преобладающее влияние на формирование экономического критерия оптимизации. В связи с дальнейшим развитием освоения шельфовых месторождений, с необходимостью обеспечения спасательных операций, а также с продолжающимися глубоководными исследованиями, задачи проектирования и постройки судов поддержки водолазных и глубоководных операций приобретают все большую актуальность. Дополнительным аспектом необходимости создания более совершенной методики проектирования подобных судов является не только актуальность обеспечения возможности проведения спасательной операции на аварийной подводной лодке, но и дискуссионность в области поиска эффективных направлений создания надежных спасательных комплексов.

В настоящее время ни гражданский, ни военный флот России не имеет в достаточном количестве судов и кораблей, способных поддерживать водолазные операции на глубинах свыше 60 м . Для сравнения, можно отметить, что в США только в зоне Мексиканского залива (уступающего по богатству недр Северному и Баренцеву морям) оперирует порядка 40 судов требуемого типа. Для флота закуплены системы жестких нормобарических скафандров HardSuit 1200 и телеуправляемых подводных аппаратов Seaeye, но они не способны в полной мере осуществить спасательную операцию, в частности эвакуацию подводников из отсеков, находящихся под повышенным давлением. Кроме того, коммерческое использование данной техники пока не планируется. Именно дорогостоящая составляющая в структуре рассматриваемых судов типа упомянутых образцов глубоководной техники делает столь ответственной задачу проектной оптимизации.

Таким образом, с учетом принятого Российским правительством перспективного плана освоения богатств Мирового океана, проблема создания судна, способного осуществлять коммерческие и спасательные глубоководные водолазные операции, является предельно актуальной.

В методическом плане необходимо отметить отсутствие обобщающих работ по обсуждаемым судам как в российской, так и зарубежной кораблестроительной литературе. Конечно, частично могут использоваться работы по буксирно — спасательным и исследовательским судам, но создание целостной эффективной методики является актуальным вопросом. Важным моментом является распространение на методику создания судов для глубоководных работ принципов, используемых в CALS-технологиях (технологий информационной поддержки изделий на всем жизненном цикле - проектирования, постройки, эксплуатации, ремонта, утилизации).

Целью диссертационного исследования является определение рациональных характеристик судна обеспечения глубоководных водолазных операций по заданным условиям проведения такой операции и предполагаемым коммерческим условиям контракта. Для этого в работе необходимо проанализировать особенности судна обеспечения глубоководных работ, как сложной технической системы, построить его надежную математическую модель, провести верификацию модели и выполнить численный эксперимент, доказывающий возможность практического применения методики проектирования судна обеспечения водолазных глубоководных работ. В зарубежной печати для таких судов применяется индексация DSV(Diving Support Vessel).

Объектом исследования являются проектные и литературные материалы по судам обеспечения водолазных работ водоизмещением от 1500 до 5000 т., длиной от 40 до 100 м, однокорпусные. В работе имеется ряд положений, создающих возможность проектного анализа судов, имеющих большие размеры, а также полупогружных платформ. Однако эта часть требует дальнейших исследований и уточнений, планируемых на перспективу.

Очень важно отметить, что разработанная проектировочная методика может быть приспособлена и для решения модернизационных задач. В этом случве ряд параметров переоборудоемого или модернизируемого судна в модели заменяется фиксированной величиной. Конечно, по высшим меркам, переоборудуемое судно окажется несколько менее эффективным, чем специально спроектированное и построенное судно. Но если в число ограничений при оптимизации включается краткий срок создания судна, оперативность в применении дорогостоящих водолазных комплексов, отсуствие достаточных капиталовложений, то в таких условиях модернизированное судно будет локально оптимальным.

В.2 .Проблема безопасности на море и значение аварийно-спасательных средств

В обеспечении безопасности на море тесно переплетаются технические и организационные факторы. Но при прежнем уровне морской техники преобладало значение организационного фактора, а аварийно - спасательная техника, чаще всего, приспосабливалась к конкретным задачам. Применение глубоководных комплексов принципиально меняет ситуацию, хотя и не позволяет ослабить внимания к организационным вопросам.

"Положение о порядке расследования аварий на морских судах" [94] предусматривает следующую классификацию чрезвычайных ситуаций, возникающих на водном транспорте:

Кораблекрушение - гибель судна или его полное конструктивное разрушение.

Авария - повреждение судна или его нахождение на мели не менее 48 ч (пассажирского судна - 24 ч).

Аварийное происшествие - то же самое, что и авария, но меньшей продолжительности.

К катастрофам в широком понимании этого слова можно отнести все кораблекрушения и аварии, повлекшие за собой человеческие жертвы.

Возрастающее из года в год значение водного транспорта определяется исключительной экономичностью перевозок морем самой широкой номенклатуры грузов. На морские перевозки приходится свыше 60% всего мирового грузооборота, так как основную часть экспортно-импортных грузов в межконтинентальной торговле можно перевезти только морем. Воды Мирового океана бороздят около 60 тыс. крупнотоннажных судов и свыше 20 млн. мелких судов (туристских и прогулочных катеров, парусных яхт, ботов и др.). Ежесуточно в морях и океанах находится 30 тыс. судов, численность экипажей которых превышает 1 млн. человек. При таких масштабах использования водных транспортных средств сложно избежать возникновения различных чрезвычайных ситуаций. Совершенствование и создание новых систем управления кораблями, навигационного оборудования и средств связи позволяют не превышать примерно стабильное количество ежегодных аварий и катастроф на водном транспорте.

По данным Регистра судоходства Ллойда, ежегодно гибнут 300-400 судов, аварию терпит свыше 8 тыс. судов (общим тоннажем более 600 тыс. т). В кораблекрушениях ежегодно погибают сотни людей. Почти каждый третий корабль возвращается в порт после длительного рейса с поломками или повреждениями оборудования, механизмов или корпуса.

Большинство крупных аварий и катастроф на судах происходит не под воздействием сил стихии (ураганы, штормы, туманы, льды), а по вине людей. Либо начальное развитие аварии связано с внешними, стихийными факторами, но неправильные действия людей усугубляют неблагоприятное развитие событий. Ошибки людей (обозначаемые деликатным термином «человеческий фактор») делятся на допущенные при проектировании, при строительстве судов и при их эксплуатации. Подавляющее число чрезвычайных ситуаций возникает в последнем случае.

Использование новейшего навигационного и радиолокационного оборудования на судах не приводит к уменьшению числа столкновений между ними. Это объясняется ростом количества кораблей торгового, рыболовного, пассажирского и военного флотов, увеличением их скорости, тоннажа и габаритов, уплотнением графиков движения. К столкновениям могут привести ухудшение видимости при неблагоприятных метеорологических условиях, а также влияние "человеческого фактора"; неправильная оценка курса встречного судна, очень большая скорость, пренебрежение сигналами и визуальными наблюдениями, несвоевременная остановка двигателя и т.д. Как правило, столкновения приводят к значительным повреждениям судов, а в ряде случаев - и к затоплению.

Часто из-за ошибок в навигационных расчетах, неправильного маневрирования, поломок в системах и механизмах управления кораблем, сложных метеоусловий суда садятся на мель, наталкиваются на подводные камни, рифы и другие на обшивке до обширных пробоин в корпусе, через которые внутрь поступает забортная вода.

Тяжелые последствия имеют также столкновения, происходящие с нефтеналивными судами. В результате аварий и катастроф танкеров ежегодно более 300 тыс. т нефтепродуктов попадает в воды Мирового океана. Некоторые катастрофы даже способны привести к экологическим бедствиям.

Причиной значительного количества катастроф является техническая непригодность судов с предельными сроками службы и с исчерпанным моторесурсом к их эксплуатации на море или возникающие в них механические поломки. Несмотря на совершенствование диагностики, профилактика аварийности не находится на должном уровне.

К наиболее тяжелым последствиям могут привести нарушения установленных правил плавания. Иногда экипаж не знаком с действительными возможностями своего судна. Следствием может быть и паническое покидание вполне работоспособного судна, и борьба за живучесть на судне, возможности которого по борьбе с затоплением или креном уже исчерпаны. Примерами последнего могут быть аварии с автомобильно - пассажирскими паромами и судами с горизонтальной грузообработкой. Наихудший вариант - комбинация обоих назначений.

Суда гибнут в результате воздействия штормов, ураганов, смерчей, цунами, при столкновении со льдами. Основные причины аварий приведены в табл. 1.1 [49].

Таблица В. 1. Основные причины аварийности за 1895 — 1994 гг.

Вид аварии Причина аварии %

1 Столкновение судов, посадка на мели, рифы и айсберги, навалы 35

2 Пожары и взрывы 23

3 Опрокидывание в штормовых условий 12

4 Перегруз, чрезмерное повышение центра тяжести и опрокидывание 12

5 Потеря прочности в нерасчетных условиях 12

6 Затопление при неправильной эксплуатации Приведенная статистика происшествий на море является выборочной, она охватывает только крупные аварии, получившие большой резонанс в обществе. Но даже такая неполная информация свидетельствует о необходимости существования специальной инфраструктуры Службы спасения на море, куда входят и спасательные суда. Классификация таких судов приведена на рис.В.1. [42, 94].

Из анализа классификационной схемы следует, что взаимная увязка характеристик судов и оборудования для проведения глубоководных погружений является достаточно распространенной и актуальной.

Цели проведения глубоководных водолазных работ являются спасательными в полном смысле этого слова только применительно к аварийным подводным лодкам. Причем, очень часто, только оперативное использование глубоководных технологий позволяет спасти человеческие жизни.

Во всех остальных случаях глубоководные работы связаны с устранением последствий аварий и подъемом затонувших объектов.

Все глубоководные операции являются чрезвычайно дорогостоящими и, следовательно, выгодными для подрядчиков. С другой стороны, большие риски, использование высоких, а зачастую и уникальных технологий, делают такие операции дорогими по себестоимости. Для достижения коммерческого успеха необходимо оптимальное сочетание многих факторов, что делает оправданным постройку специальных судов, приспособленных для проведения глубоководных работ. Соответственно, не менее оправдан оптимизационный подход к проектированию рассмотренных судов, поскольку каждый процент достигаемой экономии выражается в громадных денежных суммах

Проектирование рассматриваемого типа судов, включая выдачу технического задания на его создание, требует комплексного учета многочисленных противоречивых факторов и, естественно, приводит к использованию системного анализа и постановке задачи проектирования как оптимизационной. Структура такой постановки в теории проектирования судов уже сложилась, однако в данном исследовании необходим многоступенчатый подход, когда и в ограничениях на область допустимых величин, и в критериях четко выделяются аргументы и факторы, относящиеся к судну в целом, к доминирующей подсистеме и к меняющимся условиям внешней задачи. При этом анализ вопросов иллюстрируется на практически актуальных примерах.

Предварительный анализ литературы, касающейся темы исследования, показал, что при разработке проблемных вопросов можно использовать несколько информационных массивов. В первую очередь, для постановки и решения оптимизационных задач актуальны методологические рекомендации В.В. Ашика, Л.М. Ногида, В.М. Пашина, А.В Бронникова, В.Б. Фирсова и других специалистов по теории проектирования судов [5, 16, 69, 74, 101, 102]. Рассматриваемая проблема вполне может решаться в рамках сложившейся в теории проектирования судов оптимизационной постановки. Однако обязательно необходимо учитывать многоступенчатость моделей, их доминантный и дискретный аспекты. Поэтому представляют значительный интерес и опубликованные приложения оптимизационных подходов к отдельным группам судов и к решению локальных вопросов [2, 11,22,23,44,45,99].

Важную роль играют работы, обсуждающие вопросы безопасности мореплавания и возможности математического моделирования связанных с этим задач и вопросов[1, 3, 25]. Особенно необходимо быть уверенным в надежной собственной безопасности судна, поскольку при возвращении из спасательного рейса на борту рассматриваемых судов могут оказаться люди, уже пережившие стрессовые ситуации и их надо оберегать от дополнительных переживаний. В этой части новые идеи содержатся, например, в работах Е.В. Любимова и Б.А. Царева [49, 60, 61, 93, 105,113].

Большое значение имеют технико - экономические исследования, позволяющие сформировать критериальные показатели [10, 13, 15, 51, 56, 62, 91]. Группа исследователей во главе с А.Н. Вашедченко обращает внимание на важность применения надежных прототипов на всех этапах исследования. К сожалению, для рассматриваемых судов пока не имеется достаточного числа проработок. В то же время, разработки по таким судам массовой постройки, как промысловые и буксирные суда, вполне могут быть (в корректированном виде) использованы для решения задач в рассматриваемой области [11, 89]. Помимо выбора критерия, важна и процедура поиска оптимального варианта. В этом отношении важны рекомендации И.Г. Захарова, П.А. Шауба, Н.В. Никитина и других отечественных специалистов, а также зарубежных исследователей [50, 63, 67, 115, 116, 126].

Поскольку для исследуемых судов большое значение имеют высокие показатели мореходности, то применительно к этим судам были внимательно изучены работы из области теории и прочности корабля [4, 12, 41, 47, 78, 81, 104, 118]. Анализ методической литературы показал, что большинство вопросов решается на базе сложившихся схем. Однако для рассматриваемых судов очень своеобразен, например, подход к определению энерговооруженности. Во-первых, в зависимости от объема задач и района действия велик интервал применяемых абсолютных и относительных мощностей. Во-вторых, мощность электростанции у ряда судов соизмерима с мощностью главных двигателей, а иногда и превышает ее. Наконец, нередко спасательно - водолазное судно является модернизированной версией базового судна другого назначения и сохраняет некоторые особенности, которые не вполне объяснимы с позиций вторичных функций.

Особое место занимают работы, связанные со специфичными вопросами водолазного дела [53, 57, 64, 92, 96]. От их правильного решения зависит адекватность других принимаемых решений, этому посвящены работы по адаптации специализированных рекомендаций к проектным задачам [36, 37].

Для статистического обоснования применяемого формульного аппарата был собран располагаемый информационный массив [34, 37, 66, 123, 124]. Рассмотрен вопрос о возможности применения для исследуемых судов многокомпонентных

архитектурных решений и компоновок [33, 35, 48, 55]. Пока этому препятствует высокая начальная стоимость таких сооружений, но в наиболее важных случаях применение таких схем вполне оправдано. Для плавучих установок спасательного назначения характерен высокий уровень применения модульных решений [14, 54, 59]. Но модульный подход имеет и самостоятельное значение, особенно при проектировании главной функциональной подсистемы — водолазного комплекса со всеми вспомогательными блоками медицинского назначения.

Для исследуемых судов, являющихся вновь возникшей функциональной группой особо важную роль играют вопросы прогнозирования, в том числе применение рекомендаций СИ. Логачева [8, 40, 58, 59]. Прогнозы должэны дать ответ на вопросы о том, на каком уровне должны планироваться основные величины входящие в проектные задания. Пока в большинстве случаев мирятся с относительно умеренной скоростью, но желательно в дальнейшем на каждом морском театре иметь одно — два судна с повышенными функциональными возможностями. Это относится и к скорости, и к дедвейту, и к дальности рейса.

Неизбежна и постановка вопроса о более широком внедрении модульных подходов, чтобы неизбежный рост параметров водолазных комплексов не вступал в противоречие с отставанием в характеристиках судов - носителей.

Краткий обзор литературы подтвердил актуальность выполняемого исследования, так для судов обеспечения водолазных глубоководных работ ряд вопросов не решен, а для других намечены пути решения в смежных группах судов, но эти пути должны быть адаптированы к специфике рассматриваемых судов.

Подобные работы
Курочкин Дмитрий Владимирович
Разработка методики проектного обоснования технических и архитектурно-компоновочных решений при прогнозировании развития авианосцев
Сахновский Эдуард Борисович
Разработка методики проектного обоснования скоростных катамаранов с подводными крыльями
Йин Тхун
Методика проектного обоснования скоростных пассажирских судов
Францев Михаил Эрнстович
Разработка методики проектирования верхних строений малых судов на основе многослойных оболочковых конструкций
Могилевский Валерий Иосифович
Разработка методики оптимизации морского комплекса транспортных средств доставки грузов в пункты с необорудованным берегом
Соколов Виктор Петрович
Разработка методики проектирования скоростных многокорпусных судов, сочетающих статическое и динамическое поддержание
Емельянов Михаил Дмитриевич
Исследование накопления усталостных повреждений и разработка методики расчета вероятности их появления в продольных связях судокорпусных конструкций
Николаев Владимир Александрович
Обоснование методики оптимизационного проектирования скоростных пассажирских катамаранов
Юдкина Юлия Владимировна
Разработка способов проектного обоснования характеристик малых судов и катеров с учетом факторов обитаемости
Сахновский Борис Михайлович
Разработка методологии обоснования проектных характеристик судов смешанного и внутреннего плавания с учетом доминирующих эксплуатационных факторов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net